張 健,樊俊梅,邢 旗,王瑞峰,劉亞玲,鄭麗娜,包烏云,杜宇凡,王瑞珍
(內(nèi)蒙古蒙草生態(tài)環(huán)境(集團)股份有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010030)
科爾沁沙地位于中國東北部,松遼平原西部,由于200~300ka前開始的地質(zhì)構造運動,形成了地面的粉沙層。隨著時間的推移,這一區(qū)域演化成了森林草原生態(tài)系統(tǒng),表層有了一層厚度不均勻的土壤〔1-4〕。但是,隨著墾殖作業(yè)的開始,科爾沁沙地出現(xiàn)了不同程度的土地沙漠化,急需通過有效的治理措施來保護其脆弱的生態(tài)。國內(nèi)外對沙地修復措施多種多樣,主要有封沙育草、飛播固沙、植物固沙與工程固沙相結(jié)合等措施〔5、6〕。大面積沙地治理主要采用飛播措施,飛播固沙主要經(jīng)歷了試驗、示范、推廣三個階段,我國許多專家和學者都對飛播有較深的研究〔7-9〕。早在1979年,我國草業(yè)部門首先在陜西及內(nèi)蒙古、寧夏開始飛播種草試驗并取得成功,截止到2008年,我國累計飛播種草350.16萬公頃〔10〕。本研究在已有基礎上,通過飛播固沙對科爾沁沙地飛播過程及效果監(jiān)測進一步研究、補充,并就飛播實現(xiàn)生態(tài)價值的前提下如何能更好的實現(xiàn)利用價值進行研究和填補。
研究區(qū)分設在2個旗縣,一處位于科爾沁左翼中旗(科左中旗)門達鎮(zhèn)烏斯吐自然保護區(qū)和后烏蘇,另一處位于科爾沁左翼后旗(科左后旗)龍營艾勒嘎查,飛播總面積為20526.8畝,其中科左中旗10080畝,科左后旗10446.8畝,具體飛播樣地拐點經(jīng)緯度及面積見表1。
表1 飛播樣地拐點經(jīng)緯度及面積Table1 inflection point and area of the inflection
試驗區(qū)整體表現(xiàn)為較強的大陸性氣候特征。年均氣溫5.8~6.4℃,≥10℃積溫為3000~3200℃,無霜期130~160d。一年中5~9月是日均氣溫≥10℃最集中的時期。年降水量一般在310~500mm,潛在蒸發(fā)量是降水量的6~7倍。降水空間分布表現(xiàn)為從東南向西北逐漸遞減。年內(nèi)降水分配6~8月占全年的70%以上,降水年變率20%以上。全年大氣平均濕度為50%~55%,平均濕潤度系數(shù)為0.3~0.5,干燥度系數(shù)為1.0~1.8。冬春盛行偏西或偏北風,夏季以偏南和西南風為主。年平均風速為3.5~4.5m/s,極大風速31m/s,>8級大風日集中在冬、春季,平均每年超過75d。
地貌最顯著的特點是沙層有廣泛的覆蓋,丘間平地開闊,形成了坨甸相間的單元組合。主要地貌類型包括沙丘、低緩起伏沙地、丘間低地、沖積平原和石質(zhì)殘丘,具體沙漠化面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。土壤主要以風沙土為主,包括流動風沙土、生草風沙土和栗鈣土型風沙土。該區(qū)域流動和半固定沙丘集中分布,生態(tài)極其脆弱。土地干擾頻繁,治沙基礎薄弱,治理難度大。
表2 科左中旗、科左后旗沙地沙漠化土地統(tǒng)計〔11〕Table2 Statistics of desertified lands in Horqin Sandy Land region
2.2.1 飛播試驗示范方法
對實施區(qū)的地形起伏、開闊程度和集中連片情況、土壤質(zhì)地和原生植被的種類、蓋度及產(chǎn)草量等情況進行調(diào)研,確定宜播區(qū),制定飛播方案。利用GPS定位確定播區(qū)邊界,在各拐點或沿邊界進行播區(qū)標示。播前進行播區(qū)簡易整地、沙障鋪設等,選擇小葉錦雞兒、沙蒿、沙打旺、草木犀、羊柴、沙蓬進行飛播,飛播草種比例(1∶0.6∶0.6∶0.25∶0.2∶0.2),播量1.5kg/畝。通過對播區(qū)地形地貌,調(diào)查后,選用小蜜蜂A20型飛機飛播,每次裝種150kg,在雨季來臨前播種,本次飛播時間為2015年6月30日-2015年7月15日。根據(jù)播區(qū)分布和種子、油料的運輸條件等,選好飛機起降點。飛行作業(yè)前,進行空中和地面視察,熟悉航路、播區(qū)范圍、地形地物,檢測通訊設備。作業(yè)需根據(jù)風向、風速和地面落種情況及時調(diào)整航向,確保落種準確、均勻。飛播后,對播區(qū)圍欄封育,并對30%以上大面積缺苗地塊進行人工補播,且播后2-3年嚴禁放牧。
2.2.2 播區(qū)飛播后調(diào)查監(jiān)測
播時利用接種布調(diào)查落種密度、播量和播幅。在播區(qū)內(nèi)設置接種布(規(guī)格:1m×1m),接種布間隔10m,收集單次飛播接種布撒落的種子,并記錄每塊接種布的種子數(shù)量和種類,記錄接種布的有效落種數(shù)量,計算播幅,經(jīng)試驗后確定播量和落種數(shù)達到飛播預設目標后,開始正常飛播。
播后對播區(qū)植被調(diào)查:
①地面調(diào)查:在播區(qū)內(nèi)設置若干垂直于航向的調(diào)查線,在線上無選擇等距離(10m或20m)地設置樣方,統(tǒng)計樣方內(nèi)不同草種出苗數(shù),有苗率、蓋度及鮮草重。調(diào)查樣線設置要有一定的代表性,調(diào)查面積不少于1/10,調(diào)查草本種類組成、株高、蓋度、個數(shù)、生物量等。
②遙感調(diào)查:利用高分遙感衛(wèi)星影像對飛播后樣地單元調(diào)查,判讀、解譯遙感影像數(shù)據(jù),分析飛播后樣地,呈現(xiàn)在遙感影像的差異,通過對比遙感影像變化了解飛播治理效果,從宏觀上監(jiān)測沙區(qū)變化動態(tài)及變化規(guī)律,分析監(jiān)測飛播后動態(tài)變化。
2015年7月飛播后,統(tǒng)計了每平米落種數(shù),并于2015年8月統(tǒng)計了成苗數(shù)見表3。經(jīng)計算各飛播草種成苗率順序為:沙蓬(120%)>沙蒿(54.3%)>草木犀(14.1%)>沙打旺(13.9%)>羊柴為(11.1%)>小葉錦雞兒(10.2%),除沙蓬和沙蒿成苗率稍好之外,其它草種在飛播中成苗率都較低。
表3 飛播落種數(shù)及成苗數(shù)統(tǒng)計表Table3 Statistics number of the sowing seeds and seedlings.
沙地飛播效果監(jiān)測主要從飛播后植被群落的高度、蓋度、密度和遙感影像等進行飛播效果監(jiān)測。
3.1.1 飛播后高度變化
圖1 后旗沙地飛播治理后高度變化Fig. 1 the height variation after the flyover of the Houqi sand.
圖1結(jié)果表明,2015年7月飛播,到2015年8月監(jiān)測群落高為1.97cm,2016年8月監(jiān)測群落高度已達37.7cm,而2017年8月監(jiān)測群落高度為40.6cm,較2016年變化不明顯。盡管如此,2016、2017年群落高度仍較2015年顯著提高(P<0.05)。
3.1.2 飛播后蓋度變化
飛播后監(jiān)測了不同年份8月份群落蓋度變化。圖2結(jié)果表明:2015年群落蓋度為18.5%,2016年群落蓋度24.0%,較2015年群落蓋度變化不大,2017年群落蓋度39.7%較2015年提高了12.2%,蓋度增加顯著(P<0.05)。
圖2 科左后旗沙地飛播治理后蓋度變化Fig. 2 the coveragevariation after the flyover of the Houqi sand
3.1.3 飛播后密度變化
2015年7月飛播后,在8月份監(jiān)測了群落密度較高為263株/m2,圖3結(jié)果顯示,但到2016年群落密度已降至30株/m2,較2015年大幅減少,可能原因:(a)2015播后,植物生長時間較短,未能貯存足夠營養(yǎng)物質(zhì)越冬,導致一部分第二年未返青。(b)播種量(1.5kg/畝)較大,單位面積出苗植物較多,對水分、光照、養(yǎng)分等資源的競爭、自疏導致部分植物死亡。2017年群落密度較2016年稍有提高,可能由于2017年群落已基本形成較穩(wěn)定結(jié)構,有其它植物進入,提高單位面積植物密度。
圖3 后旗沙地飛播治理后密度變化Fig.3 the density variation after the flyover of the Houqi sand
3.1.4 科爾沁左翼后旗飛播前后遙感影像變化
圖4 科爾沁左翼后旗沙地飛播前后遙感影像變化Fig. 4 the Remote sensing imagevariation after the flyover of the Houqi sand
從圖4可以看出,在2016年8月遙感影像上代表植被的斑塊,較2014年8月飛播前遙感影像代表植被的斑塊明顯增多。
3.2.1 飛播后高度變化
圖5 飛播治理后不同年度群落高度變化Fig.5 the community height variation of different year after the fly restoration
圖5結(jié)果表明,2015年7月飛播,到2015年8月監(jiān)測群落高為10.7cm,2016年8月監(jiān)測群落高度已達61.9cm,而2017年8月監(jiān)測群落高度較2016年變化不大高度為107.5cm,2016、2017年監(jiān)測結(jié)果顯示,群落高度都較2015年顯著提高(P<0.05)。
3.2.2 飛播后蓋度變化
圖6 飛播治理后不同年度群落蓋度變化Fig.6 the community coverage variation of different year after the fly restoration
圖6結(jié)果表明,飛播后監(jiān)測了不同年份8月份群落蓋度變化,2015年群落蓋度為12.5%,2016年群落蓋度43.6%,較2015年群落蓋度增加了31.1%,2017年群落蓋度70.0%,較2016年增加了26.4%,較2015年增加了57.5%,效果顯著(P<0.05)。
3.2.3 飛播后密度變化
圖7結(jié)果顯示,2015年7月飛播后,在8月份監(jiān)測了群落密度較高為57株/m2,但到2016年群落密度已降至34株/m2,較2015年稍有減少,可能由于:(1)2015年播完后,植物未完全長高,沒有貯存足夠營養(yǎng)物質(zhì)而未能越冬導致部分植物第二年未返青。(2)也可能是播種量(1.5kg/畝)較大,單位面積出苗植物較多,對水分、光照等資源的競爭而導致部分植物未能存活。2017年群落密度較2015年有較大提高,比2016年大幅提高,可能由于2017年群落已基本形成較穩(wěn)定結(jié)構,有其它植物進入,提高單位面積植物密度。
圖7 飛播治理后不同年度群落密度變化Fig.7 the community density variation of different year after the fly restoration
3.2.4 科爾沁左翼中旗飛播前后遙感影像變化
圖8 科爾沁左翼中旗沙地飛播前后遙感影像變化Fig. 8 the Remote sensing imagevariation after the flyover of the Zhongqi sand
從圖8可以看出,在2016年8月遙感影像上代表植被的斑塊,較2014年8月飛播前遙感影像代表植被的斑塊明顯增多,斑塊的變化直接反映了播區(qū)內(nèi)植被的變化。
圖9表明在2015年飛播后,科左后旗群落蓋度較科左中旗群落蓋度高, 2016年、2017年數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示,隨年份增加科左后旗和科左中旗群落蓋度都呈增長趨勢,但科左后旗群落蓋度在2016和2017年份都較科左中旗群落蓋度低;而在2015-2017年,科左后旗群落高度都較科左中旗高度低,可能由于在飛播后,科左中旗較科左后旗管護好,因為在數(shù)據(jù)采集時,時有牧戶在后旗飛播樣地中放牧,破壞了群落正常生長,而科左中旗少有牧戶進入飛播地放牧。
圖9 科左后旗與科左中旗不同年度蓋度、高度差異Fig.9 the difference about coverage and height of different yearinHouqi and Zhongqi
(1)科爾沁左翼后旗和科爾沁左翼中旗沙地飛播修復取得了較大的生態(tài)效益,飛播面積大、效果快,是修復沙地的有效措施。
(2)科爾沁左翼后旗沙地飛播,大大提高了沙地植物群落高度,增加了群落蓋度,飛播效果顯著。群落密度呈現(xiàn)出先降后增的趨勢。
(3)科爾沁左翼中旗沙地飛播后,沙地的群落高度較飛播前大幅提高,蓋度較飛播前增加70.5%,修復效果顯著。群落密度變化規(guī)律不明顯。
(4)飛播后遙感影像顯示,播區(qū)內(nèi)代表植被的圖斑較飛播前大幅增加,說明播區(qū)內(nèi)植被較飛播前大幅增加。